專利名稱：動(dòng)力供應(yīng)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種動(dòng)力供應(yīng)系統(tǒng)，尤指利用,茲性電容(magnetic capacitor)來作為動(dòng)力來源的 一動(dòng)力供應(yīng)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著油價(jià)高漲以及環(huán)保意識(shí)的抬頭，電動(dòng)自行車(auto-bike)挾帶著不 用汽油、無廢氣、低耗電、低噪音等優(yōu)勢，成為近年來非常受歡迎的代步工 具之一。無庸置疑的，電池為電動(dòng)自行車的核心動(dòng)力來源，而目前鉛酸電池 為電動(dòng)車電池的主流，主要原因是其價(jià)格遠(yuǎn)較其他類型電池便宜；然而，鉛 酸電池卻有重量重、酸液的二次污染、充電耗時(shí)、及體積龐大等缺點(diǎn)，因此， 如何改善公知鉛酸電池的缺點(diǎn)便成為設(shè)計(jì)電動(dòng)自行車時(shí)一個(gè)重要的課題。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的之一即在于提供一種動(dòng)力供應(yīng)系統(tǒng)，其使用磁性電 容作為動(dòng)力來源，以解決上述的問題。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，其揭露一種動(dòng)力供應(yīng)系統(tǒng)，該動(dòng)力供應(yīng)系統(tǒng)包含 有 一磁性電容模塊，用以提供一直流電源，其中該磁性電容模塊包含有至 少一磁性電容； 一電源轉(zhuǎn)換器，耦接于該;茲性電容模塊，用以將該直流電源 轉(zhuǎn)換為一輸出電源； 一馬達(dá)，耦接于該電源轉(zhuǎn)換器，用以根據(jù)該輸出電源輸 出一動(dòng)力；以及一控制電路，耦接于該電源轉(zhuǎn)換器，用以控制該電源轉(zhuǎn)換器 以決定該輸出電源。


圖1為本發(fā)明的動(dòng)力供應(yīng)系統(tǒng)的示意圖。
圖2為本發(fā)明的動(dòng)力供應(yīng)系統(tǒng)的 一 實(shí)施例的示意圖。
圖3為本發(fā)明的一,茲性電容的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為本發(fā)明的磁性電容與其他公知能量儲(chǔ)存媒介的比較圖。圖5為圖3所示的第一磁性電極的一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6為本發(fā)明的磁性電容模塊的一實(shí)施例的示意圖。
主要元件符號說明
100、 200 110、 210 120 130
140、 240 220 230 250
310、 320
315、 325、 513、 517 330
331、 332 512、 514 514
動(dòng)力供應(yīng)系統(tǒng) 磁性電容模塊 電源轉(zhuǎn)換器 馬達(dá)
控制電路
直流/直流電源轉(zhuǎn)換器
直流馬達(dá)
充電模塊
》茲性電極
磁偶極
介電層
介面
磁性層
隔離層
具體實(shí)施例方式
在本專利說明書及后續(xù)的權(quán)利要求書當(dāng)中使用了某些詞匯來指稱特定的 元件。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)可理解，硬件制造商可能會(huì)用不同的名詞來稱呼 同 一個(gè)元件。本說明書及后續(xù)的權(quán)利要求書并不以名稱的差異來作為區(qū)分元 件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區(qū)分的準(zhǔn)則。在通篇說明書及 后續(xù)的權(quán)利要求當(dāng)中所提及的'包含，為一開放式的用語，故應(yīng)解釋成'包 含但不限定于，。此外，'耦接， 一詞在此包含任何直接及間接的電氣連接手 段。因此，若文中描述一第一裝置耦接于一第二裝置，則代表該第一裝置可 直接電氣連接于該第二裝置，或透過其他裝置或連接手段間接地電氣連接至 該第二裝置。
請參閱圖l,圖1為本發(fā)明的動(dòng)力供應(yīng)系統(tǒng)100的示意圖。如圖l所示， 動(dòng)力供應(yīng)系統(tǒng)100包含有一磁性電容模塊110、 一電源轉(zhuǎn)換器120、 一馬達(dá)130以及一控制電路140。 /磁性電容模塊110作為動(dòng)力供應(yīng)系統(tǒng)100的能量來 源，用以提供一直流電源，包含有至少一磁性電容；電源轉(zhuǎn)換器120耦接于 磁性電容模塊110,用以將該直流電源轉(zhuǎn)換為一符合馬達(dá)130電力需求的輸 出電源；馬達(dá)130耦接于電源轉(zhuǎn)換器120，用以根據(jù)該輸出電源輸出一動(dòng)力； 以及控制電路140耦接于電源轉(zhuǎn)換器120，用以控制電源轉(zhuǎn)換器120以決定 該輸出電源。此外，控制電路140更可包含有一控制介面，供使用者或其他 裝置經(jīng)由該控制介面來調(diào)整該輸出電源，以進(jìn)一步控制馬達(dá)130的動(dòng)力輸出。 以下將以一實(shí)施例來對本發(fā)明的動(dòng)力供應(yīng)系統(tǒng)^i一具體說明，然而，此僅是 作為范例說明之用，而并非為本發(fā)明的限制。
請參閱圖2,圖2為本發(fā)明的動(dòng)力供應(yīng)系統(tǒng)200的一實(shí)施例的示意圖。 如圖2所示，動(dòng)力供應(yīng)系統(tǒng)200包含有一磁性電容模塊210、 一直流/直流電 源轉(zhuǎn)換器(DC/DC converter) 220、 一直流馬達(dá)230、 一控制電路240以及一 充電模塊250。在本實(shí)施例中，動(dòng)力供應(yīng)系統(tǒng)200設(shè)置于一電動(dòng)自行車中， 然而，此僅是作為范例說明之用，而并非為本發(fā)明的限制，實(shí)作上，本發(fā)明 的動(dòng)力供應(yīng)系統(tǒng)可應(yīng)用于任何電動(dòng)交通工具，例如電動(dòng)汽車、電動(dòng)船、電 動(dòng)飛機(jī)等等。
磁性電容模塊210包含有多個(gè)磁性電容，并經(jīng)由直流/直流電源轉(zhuǎn)換器220 耦接于直流馬達(dá)230，用來提供一直流輸出電源以驅(qū)動(dòng)直流馬達(dá)230,直流馬 達(dá)230耦接于該電動(dòng)自行車的一輪胎，用以帶動(dòng)該輪胎轉(zhuǎn)動(dòng)以使該電動(dòng)自行 車移動(dòng)；控制電路240耦接于直流/直流電源轉(zhuǎn)換器220,用來控制直流/直流 電源轉(zhuǎn)換器220對磁性電容模塊210產(chǎn)生的直流輸出電源進(jìn)行適當(dāng)?shù)纳龎夯?降壓轉(zhuǎn)換，^使其符合直流馬達(dá)230電力需求，并藉由該輸出電源(的電壓/電 流大小)來控制直流馬達(dá)230的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而控制電動(dòng)自行車的移動(dòng)速度，控 制電路240另耦接于直流馬達(dá)230，可根據(jù)直流馬達(dá)230的轉(zhuǎn)速來對直流/直 流電源轉(zhuǎn)換器220進(jìn)行一回饋控制(feedback control);充電模塊250耦接于 磁性電容模塊210與控制電路240,控制電路240可控制充電模塊250根據(jù) 一外部電源來對/f茲性電容模塊210充電，然而，此并非為本發(fā)明的限制，舉 例來說，充電模塊250亦可利用電動(dòng)自行車的動(dòng)能或機(jī)械能來對磁性電容模 塊210充電。以下將針對磁性電容模塊210做進(jìn)一步的說明。
承上述，磁性電容模塊210包含有多個(gè)磁性電容，請參閱圖3,圖3為 本發(fā)明的一^t性電容300的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3所示，磁性電容300包含有一第一磁性電極310、 一第二磁性電極320以及位于其間的一介電層330。第 一,茲性電極310與第二》茲性電極320均由具有^f茲性的導(dǎo)電材料所構(gòu)成，包含 有一磁性導(dǎo)電材質(zhì)(例如稀土元素)，并藉由適當(dāng)?shù)耐饧与妶鰧Φ谝?、第?磁性電極310、 320進(jìn)行磁化，使第一、第二磁性電極310、 320內(nèi)分別形成 磁偶極(magnetic dipole) 315、 325,磁偶極315、 325能于磁性電容300內(nèi) 部形成一磁場，該磁場可影響帶電粒子的移動(dòng)，從而抑制磁性電容300的漏 電流；介電層330由一介電材質(zhì)(例如氧化鈦(Ti03)、氧化鋇鈦(BaTi03)) 或一半導(dǎo)體材料(例如氧化硅(silicon oxide))所構(gòu)成，用來分隔第一磁性 電極310與第二磁性電極320，以于第一,茲性電極310與第二-茲性電極320 處累積電荷而儲(chǔ)存電勢能。
請注意，圖3所示的磁偶極315、 325的方向僅作為范例說明之用，事實(shí) 上，就微觀而言，磁偶極315、 325均分別由多個(gè)整齊排列的微小磁偶極迭加 而成，而形成指向特定方向的^f茲場，換言之，f茲偶極315、 325方向并無限定， 舉例來說，；茲偶極315與325可指向不同方向(例如相反方向)。此外，第 "-^茲性電極310、第二》茲性電極320與介電層330并不限于利用上述列舉的 材質(zhì)來構(gòu)成，實(shí)作上，第一磁性電極310、第二磁性電極320與介電層330 均可視產(chǎn)品需求而選用其他適當(dāng)?shù)牟牧?。以下將針對磁性電容的搡作原理?進(jìn)一步說明。
物質(zhì)在一定磁場下電阻改變的現(xiàn)象，稱為'磁阻效應(yīng)，，磁性金屬和合金 材料一般都有這種磁電阻現(xiàn)象，通常情況下，物質(zhì)的電阻率在磁場中僅產(chǎn)生 輕微的減??；在某種條件下，電阻率減小的幅度相當(dāng)大，比通常磁性金屬與 合金材料的^t電阻值高出10倍以上，稱為'巨i"茲阻效應(yīng)，(GMR)。進(jìn)一步 結(jié)合Maxwell-Wagner電路模型，磁性顆粒復(fù)合介質(zhì)中也可能產(chǎn)生所謂的龐磁 電容(Colossal magneto capacitance, CMC)歲文應(yīng)或巨石茲電容(Giant magneto capacitance, GMC)效應(yīng)。
公知電容的電容值C由電容的面積A、介電層的介電常數(shù)So、 Sr及厚度d
C 二 gog3
決定，如 "。相較于公知電容，磁性電容300主要利用整齊排列的
磁偶極315、 325來形成磁場，使第 一磁性電極310與第二磁性電極320內(nèi)部 所儲(chǔ)存的電子朝同一自旋方向轉(zhuǎn)動(dòng)而排列整齊，故可儲(chǔ)存大量的電荷，進(jìn)而大幅增加能量儲(chǔ)存密度。
在本發(fā)明中，磁性電容300相當(dāng)于藉由; 茲場的作用來改變介電層330的 介電常數(shù)以提升其電容值。此外，在本發(fā)明的一實(shí)施例中，第一磁性電極310 與介電層330間的一第一介面331以及第二磁性電極320與介電層330間的 一第二介面332均為一不平坦的表面，藉由增加表面積A的來進(jìn)一步提升磁 性電容300的電容值。
請參閱圖4，圖4為本發(fā)明的磁性電容與其他公知能量儲(chǔ)存媒介的比較 圖。由圖4可知，由于公知能量儲(chǔ)存媒介(例如傳統(tǒng)電池或超級電容)主要是利 用化學(xué)能的方式來進(jìn)行能量儲(chǔ)存，因此其能量儲(chǔ)存密度將會(huì)明顯優(yōu)于一般電 容，而可應(yīng)用于各種電力供應(yīng)裝置，但在此同時(shí)，其所能產(chǎn)生的瞬間電力輸 出亦會(huì)受限于化學(xué)反應(yīng)速率，而無法快速的充放電或進(jìn)行高功率輸出，且充 放電次數(shù)有限，過度充放時(shí)易滋生各種問題。相較于此，由于磁性電容中儲(chǔ) 存的能量全部以電勢能的方式進(jìn)行儲(chǔ)存，因此，除了具有可與一般電池或超 級電容匹配的能量儲(chǔ)存密度外，更因充分保有電容的特性，而具有壽命長(高 充放電次數(shù))、無記憶效應(yīng)、可進(jìn)行高功率輸出、快速充放電等特點(diǎn)。因此， 在實(shí)際應(yīng)用上，不像其他電容，僅能連接一主要電力源，提供穩(wěn)壓的效果， 而可直接取代公知能量儲(chǔ)存媒介(例如傳統(tǒng)電池)，作為一個(gè)主要的電力源，并 有效解決當(dāng)前各種電池產(chǎn)品所遇到的問題。
請參閱圖5,圖5為圖3所示的第一磁性電極310的一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示 意圖。如圖5所示，第一磁性電極310為一三層結(jié)構(gòu)，包含有一第一磁性層 512、 一隔離層514以及一第二磁性層516，其中，隔離層514由非磁性材料 所構(gòu)成，而第一磁性層512與第二磁性層516則包含有具磁性的導(dǎo)電材料， 并藉由不同的外加電場對第一、第二磁性層512、 516進(jìn)行磁化，使其第一、 第二石茲性層512、 516內(nèi)分別形成不同方向的磁偶極513、 517。在本發(fā)明的 一較佳實(shí)施例中，磁偶極513、 517的方向?yàn)榉聪?如圖5所示)，以抑制磁 性電容300的漏電流。
請注意，第一磁性電極310的結(jié)構(gòu)并不限于前述的三層結(jié)構(gòu)(第一、第 二^f茲性層512、 516與一隔離層514),在其他實(shí)施例中，第一^f茲性電極310 可為一多層結(jié)構(gòu)，更明確地說，第一磁性電極310可由多個(gè)石茲性層與多個(gè)隔 離層不斷交錯(cuò)堆迭而組成，再藉由調(diào)整各磁性層的磁偶極方向來抑制磁性電 容300的漏電流，甚至達(dá)到幾乎無漏電流的效果，而此一設(shè)計(jì)變化亦隸屬于本發(fā)明的范疇。此外，第二磁性電極320的結(jié)構(gòu)可采用上述任何一第一磁性 電極310的結(jié)構(gòu)，因此為求說明書內(nèi)容簡潔起見，第二磁性電極320的結(jié)構(gòu) 的詳細(xì)說明便在此省略。
請參閱圖6，圖6為本發(fā)明的磁性電容模塊210的一實(shí)施例的示意圖。 如圖6所示，磁性電容模塊210包含有多個(gè)磁性電容300,其以一陣列的方 式而互相電連接，然而，此并非為本發(fā)明的限制，實(shí)作上，多個(gè)磁性電容可 以串聯(lián)或并聯(lián)的方式來互相電連接，以滿足各種的電力供應(yīng)需求。在本實(shí)施 例中，磁性電容模塊210利用半導(dǎo)體處理于一硅基板上制作多個(gè)微小尺寸的 磁性電容300,并藉由適當(dāng)?shù)慕饘倩幚韥黼娺B接這些多個(gè)磁性電容300所 構(gòu)成，因此除可視產(chǎn)品的電力需求來串聯(lián)或并聯(lián)適當(dāng)數(shù)量的磁性電容300, 以形成不同電性特性的磁性電容模塊210外，在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，更 可同時(shí)使用多個(gè)磁性電容模塊210來作為能量儲(chǔ)存媒介，以提供電力來源。
承上所述，由于能量儲(chǔ)存形式的差異，每個(gè)磁性電容300在體積上并無 特殊限制，不像一般化學(xué)性電池需要有一定的體積才能有效率的儲(chǔ)存能量或 供電，因此磁性電容模塊210的內(nèi)部架構(gòu)能具有高度彈性，在實(shí)作上除了可 根據(jù)產(chǎn)品的電力需求來設(shè)計(jì)磁性電容模塊210的磁性電容300個(gè)數(shù)及串或并 聯(lián)形式外，最后形成的磁性電容模塊210更沒有固定的形狀，而可根據(jù)產(chǎn)品 的空間設(shè)計(jì)需求進(jìn)行調(diào)整。舉例來說，當(dāng)應(yīng)用于一電動(dòng)腳踏車時(shí)，本發(fā)明的 動(dòng)力供應(yīng)系統(tǒng)200可與電動(dòng)腳踏車的車身充分整合，在外觀上僅露出部份的 充電模塊250,供使用者進(jìn)行充電，其余部份均可裝設(shè)于車身內(nèi)，如此一來， 除了可美化外型提升產(chǎn)品竟?fàn)幜ν?，更可避免磁性電容模塊210受到外界環(huán) 境因素(如濕氣、外力破壞)影響，進(jìn)而提升產(chǎn)品壽命。
相較于電動(dòng)自行車的公知?jiǎng)恿碓?亦即鉛酸電池)，本發(fā)明利用磁性 電容作為電動(dòng)自行車的動(dòng)力來源，由于磁性電容以電勢能的形式來儲(chǔ)存能量， 因此除了可高效率地儲(chǔ)存能量外，更具有高充放電次數(shù)，能延長電力供應(yīng)來 源的壽命，并可大幅降低電動(dòng)自行車的重量，進(jìn)而減少能量消耗。此外，由 于磁性電容模塊在形狀設(shè)計(jì)上具有高度的彈性，因此在進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，-能 夠輕易的與其他元件進(jìn)行整合，從而縮小產(chǎn)品的體積。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明權(quán)利要求書所做的均等 變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種動(dòng)力供應(yīng)系統(tǒng)，包含有一磁性電容模塊，其以電勢能的形式儲(chǔ)存能量，用以提供一直流電源，其中該磁性電容模塊包含有至少一磁性電容(magnetic capacitor)；一電源轉(zhuǎn)換器，耦接于該磁性電容模塊，用以將該直流電源轉(zhuǎn)換為一輸出電源；一馬達(dá)，耦接于該電源轉(zhuǎn)換器，用以根據(jù)該輸出電源輸出一動(dòng)力；以及一控制電路，耦接于該電源轉(zhuǎn)換器，用以控制該電源轉(zhuǎn)換器以決定該輸出電源。
2. 如權(quán)利要求1所述的動(dòng)力供應(yīng)系統(tǒng)，其設(shè)置于一電動(dòng)交通工具。
3. 如權(quán)利要求2所述的動(dòng)力供應(yīng)系統(tǒng)，其中該電動(dòng)交通工具為一電動(dòng)自 4亍車(auto-bike)。
4. 如權(quán)利要求1所述的動(dòng)力供應(yīng)系統(tǒng)，其另包含有一充電模塊，耦接于該控制電路與該磁性電容模塊，其中該控制電路控 制該充電模塊根據(jù)一能量來源來對該磁性電容模塊充電。
5. 如權(quán)利要求1所述的動(dòng)力供應(yīng)系統(tǒng)，其中該磁性電容模塊包含有多個(gè) 》茲性電容。
6. 如權(quán)利要求5所述的動(dòng)力供應(yīng)系統(tǒng)，其中該多個(gè)磁性電容包含有以串 聯(lián)方式電連接的磁性電容。
7. 如權(quán)利要求5所述的動(dòng)力供應(yīng)系統(tǒng)，其中該多個(gè)磁性電容包含有以并 聯(lián)方式電連接的磁性電容。 ，
8. 如權(quán)利要求1所述的動(dòng)力供應(yīng)系統(tǒng)，其中該磁性電容包含有 一第一磁性電極，其由具有磁性的導(dǎo)電材料構(gòu)成，用以形成一第一磁偶極(magnetic dipole);一第二磁性電極，其由具有磁性的導(dǎo)電材料構(gòu)成，用以形成具有一第二 磁偶極；以及一介電層，設(shè)置于該第一磁性電極與該第二磁性電極之間。
9. 如權(quán)利要求8所述的動(dòng)力供應(yīng)系統(tǒng)，其中該第一磁偶極的方向相異于 該第二》茲偶極的方向。
10. 如權(quán)利要求8所述的動(dòng)力供應(yīng)系統(tǒng)，其中該第一磁性電極包含有一第一磁性層，其由具磁性的導(dǎo)電材料構(gòu)成，用以形成具有一第三磁偶極；一第二磁性層，其由具磁性的導(dǎo)電材料構(gòu)成，用以形成一第四磁偶極；以及一隔離層，其由非磁性物質(zhì)所構(gòu)成并設(shè)置于該第 一磁性層與該第二磁性 層之間，其中該第 一磁偶極由該第三磁偶極與該第四磁偶極所構(gòu)成。
11. 如權(quán)利要求IO所述的動(dòng)力供應(yīng)系統(tǒng)，其中該第三磁偶極的方向相異 于該第四磁偶極的方向。
12. —種電動(dòng)腳踏車，其包含有一磁性電容模塊，用以提供一直流電源，其中該磁性電容模塊包含有至 少 一磁性電容(magnetic capacitor);一直流/直流轉(zhuǎn)換器(DC/DC converter),耦接于該f茲性電容;f莫塊，用以將 該直流電源轉(zhuǎn)換為 一輸出電源；一直流馬達(dá)，耦接于該電源轉(zhuǎn)換器，用以根據(jù)該輸出電源輸出一動(dòng)力， 以使該電動(dòng)腳踏車移動(dòng)；以及一控制電路，耦接于該直流/直流轉(zhuǎn)換器，用以控制該直流/直流轉(zhuǎn)換器以 決定該輸出電源。
全文摘要
本發(fā)明提供一種動(dòng)力供應(yīng)系統(tǒng)，包含一磁性電容模塊、一電源轉(zhuǎn)換器、一馬達(dá)以及一控制電路。該磁性電容模塊用以提供一直流電源，且包含有至少一磁性電容；該電源轉(zhuǎn)換器耦接于該磁性電容模塊，用以將該直流電源轉(zhuǎn)換為一輸出電源；該馬達(dá)耦接于該電源轉(zhuǎn)換器，用以根據(jù)該輸出電源輸出一動(dòng)力；該控制電路耦接于該電源轉(zhuǎn)換器，用以控制該電源轉(zhuǎn)換器以決定該輸出電源。
文檔編號H02J15/00GK101640437SQ20081013113
公開日2010年2月3日 申請日期2008年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月30日
發(fā)明者曹旭明 申請人:光寶科技股份有限公司;北極光股份有限公司